KR101423892B1 - High-rigidity high-damping-capacity cast iron - Google Patents

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Abstract

Al : 3 내지 7％를 함유한 주철로, 주조 후 280 내지 630℃로 가열하고, 또한 냉각 처리하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 고강성 고감쇠능 주철이다. A high-strength, high-damping cast iron which is obtained by casting with cast iron containing 3 to 7% of Al, heating at 280 to 630 캜 and further cooling.

Description

고강성 고감쇠능 주철 {HIGH-RIGIDITY HIGH-DAMPING-CAPACITY CAST IRON}HIGH-RIGIDITY HIGH-DAMPING-CAPACITY CAST IRON [0002]

본 발명은 영률 및 진동 감쇠성이 우수한 고강성 고감쇠능 주철에 관한 것이다. 본 발명의 주철은, 예를 들어 강성이 요구되는 공작 기계나 고정밀 공작 기계, 혹은 영률과 진동이 문제가 되는 정밀 측정기의 구조 재료 등으로서 사용된다. 이에 의해, 그들의 가공 효율, 가공품의 정밀도, 정밀 정밀도를 높일 수 있다.The present invention relates to a high-rigidity high-damping cast iron excellent in Young's modulus and vibration damping property. The cast iron of the present invention is used, for example, as a structural material of a machine tool or a high-precision machine tool requiring rigidity, or a precision measuring machine having a problem of Young's modulus and vibration. Thus, the machining efficiency, the precision of the workpiece, and the precision can be improved.

종래부터, 공작 기계용 구조 재료로서, 진동 감쇠능이 비교적 우수한 편상 흑연납 주철이 주로 사용되어 왔다. 편상 흑연 주철은 편상 흑연을 다량으로 포함하는 것에 의한 복합형 방진 기구를 갖기 때문에, 강 등에 비해 감쇠능이 높고, 또한 대형의 구조재를 제작하는 데 있어서의 성형성 및 비용의 면에서 유리한 특징을 갖고 있다. 또한, 편상 흑연 주철을 대신하는 공작 기계 구조재로의 적용을 생각하여, 콘크리트계 재료, 천연 그라나이트, CFRP 등 우수한 감쇠능을 갖는 재료의 연구가 행해져 왔다. 그러나, 모두 강성의 낮음, 가공성, 비용 등의 문제로 실용화에 이르지 않았다.BACKGROUND ART Conventionally, flat-plate graphite lead cast iron having relatively excellent damping capability has been mainly used as a structural material for machine tools. Since the cast iron graphite cast iron has a composite type vibration damping mechanism by containing a large amount of graphite pieces, it has high damping performance compared with steel and the like, and is advantageous in terms of moldability and cost in manufacturing a large-sized structural member . Further, studies on materials having excellent damping properties such as concrete-based materials, natural graphite, and CFRP have been carried out in consideration of application to a machine tool structural material replacing piece-made graphite cast iron. However, all of them have not been put to practical use because of low rigidity, processability, cost, and the like.

현재, 편상 흑연 주철은 감쇠성, 주조성, 비용의 점에서 우수하므로, 공작 기계의 베드, 테이블, 컬럼 등 구조 재료에 널리 사용되고 있다. 그러나, 가공 경화가 심한 난가공성 재료 등의 가공을 행하는 공작 기계에는 대(大) 절입을 안정적으로 유지하는 높은 강성과, 유해한 진동의 발생을 억제하는 높은 진동 감쇠능이 필요하다. 이와 같이, 진동 감쇠능이 더욱 심하게 요구되는 경우에는, 기존의 편상 흑연 주철에서는 진동의 영향 때문에, 가공 효율, 가공품의 정밀도가 충분히 얻어지지 않는 경우가 있다.At present, piecemeal graphite cast iron is excellent in terms of damping property, casting property and cost, and is widely used in structural materials such as bed, table, and column of machine tools. However, in a machine tool that performs machining of an embossable material with a high degree of work hardening, it is necessary to have a high rigidity for stably holding a large incision and a high vibration damping ability for suppressing the generation of harmful vibration. In the case where the vibration damping ability is more severely demanded as described above, the machining efficiency and the precision of the workpiece may not be sufficiently obtained due to the influence of the vibration in the conventional cast iron graphite cast iron.

종래부터 공작 기계 등에 사용되고 있는 FC300 등의 편상 흑연 주철은, 복합형 감쇠 기구를 발현하는 편상 흑연을 다량으로 포함하고 있다. 그로 인해, 종래 재료 중에서는 진동 감쇠능이 우수한 구조 재료이다. 이 편상 흑연 주철의 진동 감쇠능을 개선하기 위해서는, 편상 흑연의 양을 증가시키면 된다. 그러나, 편상 흑연 주철이 증가하는 것에 수반하여 동적 영률(이하, 단순히 영률이라고 칭함)이 저하되어 버리는 문제가 있다. 편상 흑연 주철의 흑연량의 조정은 C 및 Si의 양에 의해 제어할 수 있다. 공작 기계의 구조 재료로서는, 영률이 저하되면 강성 유지를 위해 구조 재료의 두께를 증가시킬 필요가 생긴다. 그로 인해, 구조 설계상의 문제가 발생할 뿐만 아니라, 비용도 증가하게 되어 바람직하지 않다.BACKGROUND ART [0002] Flat-plate cast iron such as FC300 conventionally used for machine tools and the like contains a large amount of flake graphite which develops a composite type damping mechanism. Therefore, it is a structural material excellent in vibration damping ability among conventional materials. In order to improve the vibration damping ability of the graphite cast iron, it is sufficient to increase the amount of graphite graphite. However, there is a problem in that the dynamic Young's modulus (hereinafter simply referred to as Young's modulus) is lowered as the piecemeal graphite cast iron increases. The adjustment of the amount of graphite in the cast graphite cast iron can be controlled by the amounts of C and Si. As the structural material of the machine tool, when the Young's modulus is lowered, it is necessary to increase the thickness of the structural material in order to maintain rigidity. As a result, there arises a problem in structural design as well as an increase in cost, which is not preferable.

진동 감쇠능을 개선하는 방법으로서, 편상 흑연 주철의 기지 조직을 베이나이트나 마르텐사이트를 형성시키는 방법이 제안되어 있다[주조 공학 68(1996) 876]. 그러나, 이들 방법에서는 진동 감쇠능이 개선되는 것에 수반하여 영률이 저하되므로, 양자의 양립은 어렵다. 또한, 진동 감쇠능을 개선하는 방법은, 예를 들어 특허 문헌 1, 2, 3에 개시되어 있다. 특허 문헌 1 내지 3에 모두 로그 감쇠능을 개선하는 방법 등이 기재되어 있다.As a method for improving the vibration damping ability, there has been proposed a method of forming bainite or martensite as the matrix of the cast iron cast iron (Casting Engineering 68 (1996) 876). However, in these methods, the Young's modulus is lowered as the vibration damping ability is improved, so that compatibility between the two is difficult. Methods for improving the vibration damping ability are disclosed in, for example, Patent Documents 1, 2, and 3. Patent Literatures 1 to 3 all disclose methods for improving logarithmic damping performance.

이들 특허 문헌 1 내지 3에는 진동 감쇠능의 측정 결과가 개시되어 있다. 그러나, 영률에 관해서는 전혀 기재되어 있지 않으므로, 그 값은 불분명하다. 구체적으로는, 특허 문헌 1, 2는 브레이크 재료에 관한 것이므로, 영률은 필요 불가결하지 않고 오히려 강도가 중요시되는 것이 추찰된다. 특히, 특허 문헌 1에는 회주철과 같은 정도의 우수한 강도를 갖고, 또한 회주철 이상의 우수한 감쇠능을 갖는 브레이크 재료를 제공하는 것이 발명의 목적인 취지가 기재되어 있다. 특허 문헌 3에는 공작 기계, 정밀 가공 기기의 제진성 향상도 시야에 두고 제진 성능을 개량하기 위해 알루미늄 함유 제진 주철을 발명한 취지가 기재되어 있다. 그러나, 기계 정밀도의 유지를 도모하기 위해서는, 구조 재료의 강성을 유지하는 것은 필요 불가결하지만, 그것이 개시되어 있지 않다.These Patent Documents 1 to 3 disclose measurement results of vibration damping capability. However, since the Young's modulus is not described at all, its value is unclear. Specifically, since Patent Documents 1 and 2 relate to a brake material, it is presumed that the Young's modulus is not indispensable but rather the strength is important. In particular, Patent Document 1 discloses the object of the invention to provide a brake material having a strength as high as that of gray cast iron and having an excellent damping performance over gray cast iron. Patent Document 3 discloses the invention of an aluminum-containing vibration damping cast iron in order to improve vibration damping performance in view of improvement of vibration damping properties of machine tools and precision machining devices. However, in order to maintain the mechanical precision, it is indispensable to maintain the rigidity of the structural material, but this is not disclosed.

이들 특허 문헌 1 내지 3으로부터, 알루미늄을 첨가함으로써 진동 감쇠능을 개선할 수 있는 것을 알 수 있다. 그러나, 그 방법은 자세히 보면 다르다. 구체적으로는, 특허 문헌 1은 알루미늄을 첨가한 주철을 A1 변태점 이상(910 내지 1000℃)으로 가열 처리하고, 그 후 냉각 속도를 조정하여 면적률로 펄라이트를 70％ 이상으로 한 진동 감쇠능이 우수하고 강도가 있는 브레이크 재료를 얻고 있다. 특허 문헌 2는 A1 첨가의 효과와 과공정 조성으로 하여 흑연의 증량과 미세 기공을 형성함으로써 진동 감쇠능의 개선이 의도되고 있지만, 이 방법은 영률이 크게 저하된다고 추찰된다. 특허 문헌 3은 알루미늄을 첨가하여 진동 감쇠능의 개선을 도모하고 있는 예이다. 그러나, 영률에 관해서는 언급하고 있지 않다. 즉, 특허 문헌 1 내지 3에 기재되어 있는 방법에서는, 반드시 영률 및 진동 감쇠능의 양립을 도모할 수 있는 것은 아니므로, 진동 감쇠능을 더욱 개선할 필요가 있다.From these Patent Documents 1 to 3, it can be seen that the vibration damping ability can be improved by adding aluminum. However, the method is different in detail. More specifically, Patent Document 1 discloses a method for producing a cast iron alloy by heat-treating a cast iron with aluminum added thereto at an A 1 transformation point or higher (910 to 1000 ° C) and adjusting a cooling rate thereafter to obtain an excellent vibration damping performance with pearlite of 70% And a brake material having strength is obtained. Patent Document 2 proposes to improve the vibration damping ability by increasing the amount of graphite and forming fine pores with the effect of addition of A 1 and an over-processing composition, but it is presumed that the Young's modulus is greatly lowered by this method. Patent Document 3 is an example in which aluminum is added to improve vibration damping ability. However, it does not mention the Young's modulus. That is, in the methods described in Patent Documents 1 to 3, since both the Young's modulus and the vibration damping ability can not be achieved, it is necessary to further improve the vibration damping capability.

특허 문헌 1 : 일본 특허 출원 공개 소63-140064호 공보Patent Document 1: Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-140064 특허 문헌 2 : 일본 특허 출원 공개 제2001-200330호 공보Patent Document 2: Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-200330 특허 문헌 3 : 일본 특허 출원 공개 제2002-348634호 공보Patent Document 3: Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-348634

본 발명은 이러한 사정을 고려하여 이루어진 것으로, 종래 기술의 문제였던 영률과 진동 감쇠능을 양립시키면서, 진동 감쇠능을 더욱 개선할 수 있는 영률 및 진동 감쇠성이 우수한 고강성 고감쇠능 주철을 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명은, 구체적으로는 종래부터 사용되고 있는 진동 감쇠능이 우수한 편상 흑연 주철과 동일한 정도의 영률을 갖고 대폭으로 진동 감쇠능이 우수한 고강성 고감쇠능 주철을 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of such circumstances, and it is an object of the present invention to provide a high-rigidity, high-damping cast iron excellent in Young's modulus and vibration damping property capable of further improving vibration damping performance, . The object of the present invention is to provide a high-rigidity high-damping cast iron which has a Young's modulus substantially equal to that of a cast iron graphite cast iron which has been conventionally used and which has excellent vibration damping ability and which has a great vibration damping capability.

본 발명(제1 발명)에 관한 고강성 고감쇠능 주철은 Al : 3 내지 7 질량％와, Mn : 0.25 내지 1.0 질량％와, P : 0.04 질량％ 이하와, S : 0.03 질량％ 이하와, 잔량부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 주철로, 주조 후 280 내지 630℃로 가열하고, 또한 냉각 처리하여 얻어지는 것을 특징으로 한다.The high-rigidity high-attenuating cast iron according to the present invention (first invention) comprises 3 to 7 mass% of Al, 0.25 to 1.0 mass% of Mn, 0.04 mass% or less of P, 0.03 mass% or less of S, By weight of Fe and unavoidable impurities, and heating the cast iron at 280 to 630 캜 after casting and further cooling the cast iron.

또한, 본 발명(제2 발명)에 관한 고강성 고감쇠능 주철은 Al : 3 내지 7 질량％와, Mn : 0.25 내지 1.0 질량％와, P : 0.04 질량％ 이하와, S : 0.03 질량％ 이하와, Sn : 0.03 내지 0.20 질량％와, 잔량부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 주철로, 주조 후 280 내지 630℃로 가열하고, 또한 냉각 처리하여 얻어지는 것을 특징으로 한다.The high-stiffness high-attenuating cast iron according to the present invention (second invention) comprises 3 to 7 mass% of Al, 0.25 to 1.0 mass% of Mn, 0.04 mass% or less of P and 0.03 mass% or less of S By mass of Sn, 0.03 to 0.20% by mass of Sn, and the balance of Fe and inevitable impurities. The cast iron is then heated to 280 to 630 캜 after casting and further subjected to a cooling treatment.

또한, 본 발명(제3 발명)에 관한 고강성 고감쇠능 주철은 하기 수학식 1에 나타내는 탄소당량이 3.30 내지 3.95로 되는 C 및 Si와, Al : 3 내지 7 질량％와, Mn : 0.25 내지 1.0 질량％와, P : 0.04 질량％ 이하와, S : 0.03 질량％ 이하와, Sn : 0.03 내지 0.20 질량％와, 잔량부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 주철로, 주조 후 280 내지 630℃로 가열하고, 또한 냉각 처리하여 얻어지는 것을 특징으로 한다.The high-rigidity high-attenuating cast iron according to the present invention (the third invention) has C and Si having a carbon equivalent of 3.30 to 3.95 represented by the following formula (1), 3 to 7% by mass of Al, 0.25% 1.0 to 2.0 mass% of P, 0.04 mass% or less of P, 0.03 mass% or less of S, 0.03 to 0.20 mass% of Sn and a balance of Fe and inevitable impurities and heated to 280 to 630 캜 And further subjected to a cooling treatment.

[수학식 1][Equation 1]

탄소당량(질량%) = C량 (질량%) + (1/3)*Si량(질량%) (1) Carbon equivalent (mass%) = C amount (mass%) + (1/3) * Si amount (mass%) (1)

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본 발명에 따르면, 영률과 진동 감쇠능을 양립시키면서, 진동 감쇠능을 더욱 개선할 수 있는 영률 및 진동 감쇠성이 우수한 고강성 고감쇠능 주철이 얻어진다. 구체적으로는, 종래부터 사용되고 있는 진동 감쇠능이 우수한 편상 흑연 주철과 동일한 정도의 영률을 갖고 또한 대폭으로 진동 감쇠능이 우수한 고강성 고감쇠능 주철이 얻어진다.According to the present invention, a high-rigidity high-damping cast iron excellent in Young's modulus and vibration damping property capable of further improving the vibration damping ability while simultaneously achieving both Young's modulus and vibration damping ability can be obtained. Concretely, a high-rigidity high-damping ability cast iron having Young's modulus substantially equal to that of the cast iron graphite cast iron which has been conventionally used and which has excellent vibration damping ability and which has a great vibration damping ability can be obtained.

도 1은 열처리 온도와 감쇠 성능의 개선율의 관계를 나타내는 특성도이다.
도 2는 Al 첨가 편상 흑연 주철에 의한 영률과 로그 감쇠율의 관계를 나타내는 특성도이다.
도 3은 Al, Sn 첨가 편상 흑연 주철에 의한 영률과 로그 감쇠율의 관계를 나타내는 특성도이다.Fig. 1 is a characteristic diagram showing the relationship between the heat treatment temperature and the improvement rate of damping performance.
Fig. 2 is a characteristic diagram showing the relationship between the Young's modulus and the logarithmic decrement rate by the Al-additive-piece graphite cast iron.
Fig. 3 is a characteristic diagram showing the relationship between the Young's modulus and the logarithmic decrement rate by Al and Sn-added graphite cast iron.

이하, 본 발명에 대해 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명자들은 상기 특허 문헌 1 내지 3의 과제를 해결하기 위해, 먼저 탄소당량과 C량, Si량의 관계를 개시한 고강성 강감쇠능 주철을 제안하였다(일본 특허 출원 제2007-33894). 그러나, 본 특허의 경우에는 충분한 감쇠 성능이 얻어지지 않는 것이 판명되었다.In order to solve the problems of the above Patent Documents 1 to 3, the inventors of the present invention have proposed a high-strength steel damping ability cast iron (Japanese Patent Application No. 2007-33894) disclosing the relationship between carbon equivalent, C amount and Si amount. However, it has been found that sufficient damping performance can not be obtained in the case of this patent.

이러한 점에서, 본 발명자들은 개량을 더 진행시켜 본 발명을 구명하는 것에 이르렀다.In this respect, the present inventors have advanced the present invention by further proceeding to the improvement.

편상 흑연 주철(고강성 고감쇠능 주철)은 Al(알루미늄)의 첨가량에 수반하여 진동 감쇠능이 개선되지만 한계가 드러난다. 예를 들어, Al의 첨가량을 순차적으로 늘려서 그 진동 감쇠능 및 영률을 측정하면, 3 질량％ Al 첨가로부터 개선이 보이지만, 7 질량％를 초과하면 진동 감쇠능은 오히려 저하된다. 그러나, 본 발명자들은 이들 Al을 첨가한 편상 흑연 주철에 주석(Sn)을 적당량 첨가하면, 영률 및 진동 감쇠능이 개선되는 것을 구명하는 것에 이르렀다. 또한, 본 발명자들은, 진동 감쇠능 및 영률은 편상 흑연 주철의 탄소당량(C.E.), (C/Si) 중량비, Al, Sn의 첨가량의 조정에 따라서 크게 변동하는 것도 명백하게 하였다. 영률을 유지한 채 진동 감쇠능을 개선하기 위해서는, 특허청구의 범위에 기재하는 C.E., (C/Si) 중량비, Al, Sn의 값의 적절한 조정이 필요하다.The graphite cast iron (high-stiffness, high-damping cast iron) improves vibration damping ability with the addition amount of Al (aluminum), but its limitations are revealed. For example, when the addition amount of Al is sequentially increased to measure the vibration damping ability and the Young's modulus, the improvement is seen from the addition of 3 mass% Al, but when it exceeds 7 mass%, the vibration damping ability is rather lowered. However, the inventors of the present invention have found that when an appropriate amount of tin (Sn) is added to the cast graphite cast iron to which Al is added, the Young's modulus and vibration damping ability are improved. Further, the inventors of the present invention have made clear that the vibration damping capacity and Young's modulus largely fluctuate according to the adjustment of the carbon equivalent (C.E.), (C / Si) weight ratio, Al and Sn addition amount of the cast iron graphite cast iron. In order to improve the vibration damping ability while maintaining the Young's modulus, it is necessary to appropriately adjust the values of C.E., (C / Si) weight ratio, Al and Sn described in the claims.

본 발명에 있어서, Al : 3 내지 7 질량％로 규정하는 것은 다음의 이유에 의한다. 즉, Al과 Sn을 첨가한 편상 흑연 주철에서 Al의 첨가량이 진동 감쇠능에 바람직한 영향을 미치는 것은 3 질량％부터이고, 3 질량％보다 적은 경우, 거의 개선 효과는 인정되지 않는다. 또한, 6 질량％ 이상으로 되면 진동 감쇠능은 서서히 저하되고, 7 질량％를 초과하면 진동 감쇠능이 더욱 저하된다. 그리고, Al의 첨가량이 7 질량％를 초과하면, Al의 첨가에 의해 형성되는 철Al탄화물이 단단하고 부서지기 쉬워져, 깨지기 쉬워지고 또한 가공성이 나빠진다. 이와 같은 이유로부터, Al의 적정 첨가량을 3 내지 7 질량％로 하였다.In the present invention, 3 to 7% by mass of Al is defined for the following reason. That is, in the graphite cast iron with a punched graphite to which Al and Sn are added, the addition amount of Al has a favorable effect on the vibration damping ability from 3 mass%, and when it is less than 3 mass%, almost no improvement effect is recognized. In addition, when the content is more than 6 mass%, the vibration damping ability gradually decreases, while when it exceeds 7 mass%, the vibration damping ability is further lowered. When the amount of Al added exceeds 7% by mass, the iron Al carbide formed by the addition of Al tends to be hard and brittle, which tends to be fragile and deteriorates in workability. For this reason, the appropriate amount of Al is 3 to 7% by mass.

Al 첨가에 의한 편상 흑연 주철의 진동 감쇠능의 개선 기구에 관해서는, Al을 고용한 철합금의 형성에 의한 것으로 하는 설(전자)과, 철Al탄화물의 형성에 의한 것으로 하는 설(후자)이 있지만, 본 발명자들의 연구에서는 후자의 설을 취하고 있다. 어떤 설도 이들 형성되는 물질의 강자성형의 감쇠 기구에 의한 것이라고 추측되고 있는 점에서는 동일하다.The mechanism for improving the vibration damping ability of the cast iron graphite cast iron by Al addition is not limited to the theory (the former) by the formation of the aluminum alloy-containing iron alloy and the latter by the formation of the iron Al carbide However, the study of the present inventors takes the latter theory. Any description is the same in that it is assumed that the material to be formed is due to the damping mechanism of the ferromagnetism.

본 발명에 있어서, Sn : 0.03 내지 0.2 질량％로 규정하는 것은 다음의 이유에 의한다. 즉, Sn의 첨가량은 지나치게 적으면, 영률 및 진동 감쇠능의 개선 효과가 인정되지 않는다. 0.03 질량％ 정도부터 영률, 진동 감쇠능의 개선에 효과를 나타내고, 0.08 질량％ 전후에서 가장 현저한 효과를 나타낸다. Sn의 첨가량이 많아지면 점차 효과가 저감되고, 0.2 질량％ 이상으로 되면 효과가 크게 저하되어, 개선 효과가 얻어지지 않게 된다. 그로 인해, Sn의 첨가량은 0.03 내지 0.2 질량％가 적정치이다. Sn은 영률, 진동 감쇠능의 개선뿐만 아니라 인장 강도도 개선되므로, 중요한 첨가 원소이다.In the present invention, Sn is defined as 0.03 to 0.2 mass% for the following reason. That is, if the addition amount of Sn is too small, the effect of improving Young's modulus and vibration damping ability is not recognized. 0.03% by mass to about the improvement of Young's modulus and vibration damping ability, and exhibits the most remarkable effect at around 0.08% by mass. When the amount of Sn added is increased, the effect is gradually reduced. When the amount of Sn is more than 0.2 mass%, the effect is greatly lowered, and the improvement effect is not obtained. Therefore, the added amount of Sn is 0.03 to 0.2 mass%. Sn is an important additive element because it improves Young's modulus and vibration damping ability as well as tensile strength.

또한, Sn 첨가에 의한 개선 효과의 기구에 대해서는 여러가지 설이 있지만, 다음과 같이 생각된다. 즉, 편상 흑연 주철에 Al을 첨가하면, 철과 Al과 탄소의 반응에 의해 철Al탄화물이 형성된다고 말해지고 있다. 또한, 철Al탄화물은 강자성체이고, 강자성체형의 진동 감쇠 기구를 발현한다고 말해지고 있다. 본 발명자들의 연구에 따르면, Al의 첨가량을 늘려 가면, 철Al탄화물이 증가해 가지만, 약 6 질량％ 전후에서 철Al탄화물이 증가하지 않게 된다. 그러나, Sn을 첨가하면, Al 단독의 첨가에 비교하여 항상 보다 많은 철Al탄화물이 형성되게 되어, 그 결과 Sn 첨가에 의한 개선 효과가 나타나는 것이라고 생각된다.There are various theories about the mechanism of the improvement effect by the Sn addition, but it is considered as follows. That is, it has been said that when Al is added to the cast iron graphite cast iron, iron Al carbide is formed by the reaction between iron and Al and carbon. Further, it is said that the iron Al carbide is a ferromagnetic substance and exhibits a ferromagnetic type vibration damping mechanism. According to research conducted by the present inventors, if the amount of Al added is increased, the amount of iron Al carbide increases, but the amount of iron Al carbide does not increase around 6 mass%. However, when Sn is added, more iron Al carbide is always formed as compared with addition of Al alone, and as a result, an improvement effect by Sn addition appears.

본 발명에 있어서, 본 발명의 고강성 고감쇠능 주철은 상기 Al, Sn 이외에, C, Si, Mn, P, S 등을 포함하고 있다. 여기서, C 및 Si의 양은 이후에 상세하게 서술하는 바와 같다.In the present invention, the high-rigidity high-attenuating cast iron of the present invention includes C, Si, Mn, P, S and the like in addition to Al and Sn. Here, the amounts of C and Si are as described in detail later.

Mn은 통상의 편상 흑연 주철의 경우와 마찬가지로, 0.25 내지 1.0 질량％로 한다. 이 이유는, Mn은 0.25 질량％ 이상에서는 주철의 강도, 경도를 증가시키지만, 1.0 질량％를 초과하면 주철을 세멘타이트화시켜, 단단하고 부서지기 쉽게 하므로, 상기 수치 범위로 하였다.Mn is set to 0.25 to 1.0 mass% in the same manner as in the case of the conventional graphite cast iron. The reason for this is that when the Mn content exceeds 0.25 mass%, the strength and hardness of the cast iron are increased, but when the content exceeds 1.0 mass%, the cast iron is cemented to be hard and brittle.

P는 통상의 편상 흑연 주철의 경우와 마찬가지로 0.04 질량％ 이하로 한다. 이 이유는, P는 0.04 질량％를 초과하면, 철과 반응하여 단단한 화합물인 스테다이트를 형성하여 주철을 깨지기 쉽게 하므로, 상기 수치 범위로 하였다.P is set to 0.04 mass% or less in the same manner as in the case of the ordinary graphite cast iron. The reason for this is that, when P exceeds 0.04 mass%, stdite, which is a hard compound, is formed by reacting with iron to easily break the cast iron.

S는 통상의 편상 흑연 주철의 경우와 마찬가지로 0.03 질량％ 이하로 한다. 이 이유는, S가 0.03 질량％를 초과하면, 용탕의 유동성을 나쁘게 하는 동시에, 주철을 세멘타이트화시켜 단단하고 부서지기 쉽게 하기 때문이다.S is set to 0.03 mass% or less in the same manner as in the case of the ordinary graphite cast iron. This is because when S is more than 0.03 mass%, the flowability of the molten metal is deteriorated and the cast iron is cemented to make it hard and brittle.

제3 발명에 있어서, 상기 수학식 1에 나타내는 탄소당량은 상기한 바와 같이 3.30 내지 3.95 질량％로 한다. 탄소당량은 커지면 진동 감쇠능이 개선되고 영률이 저하된다. 탄소당량의 증감으로는 양자의 양립은 할 수 없지만, 진동 감쇠능과 영률에 미치는 영향은 크기 때문에 적절한 값으로 할 필요가 있다. Al이 첨가된 경우, 종래의 편상 흑연 주철에 비교하여, 오스테나이트와 흑연의 공정 반응이 일어나는 공정 조성이 변화된다. 종래의 편상 흑연 주철은 상기 수학식 1에 나타내는 탄소당량이 4.3 질량％에서 공정 반응이 발생하지만, Al이 첨가되면 이 값보다도 작은 값에서 공정 반응이 일어나게 된다. 공정 조성보다 큰 탄소당량으로 되면 과공정으로 되어 영률이 크게 저하되므로 바람직하지 않다.In the third invention, the carbon equivalent expressed by the above-mentioned formula (1) is set to 3.30 to 3.95 mass% as described above. When the carbon equivalent is large, the vibration damping ability is improved and the Young's modulus is lowered. The increase or decrease of the carbon equivalent can not be compatible with each other, but the effect on the vibration damping ability and the Young's modulus is large, so it is necessary to set the appropriate value. When Al is added, the process composition in which the austenite and graphite process reactions occur is changed as compared with the conventional cast graphite cast iron. In the conventional cast graphite cast iron, the process reaction occurs at a carbon equivalent of 4.3% by weight expressed in the above-mentioned formula (1). However, when Al is added, the process reaction occurs at a value smaller than this value. If the carbon equivalent is larger than the process composition, it is undesirable because the process becomes excessive and the Young's modulus is significantly lowered.

본 발명의 경우, 탄소당량(C.E.)이 3.95 질량％를 초과하면, 진동 감쇠능이 크게 개선되지만, 영률이 크게 저하된다. 이는, 탄소당량이 공정 조성을 초과하여 과공정으로 되기 때문이라고 생각된다. 한편, 탄소당량이 작은 경우에는, 흑연의 형성량이 감소하므로 영률이 개선된다. 그러나, 진동 감쇠능이 저하되므로, 3.3 질량％ 이상의 탄소당량이 필요하다. 따라서, 탄소당량은 3.30 내지 3.90으로 하였다.In the case of the present invention, when the carbon equivalent (C.E.) exceeds 3.95 mass%, the vibration damping ability is greatly improved, but the Young's modulus is greatly reduced. This is believed to be because the carbon equivalent exceeds the process composition and results in over-processing. On the other hand, when the carbon equivalent is small, the amount of graphite formed decreases and the Young's modulus is improved. However, since the vibration damping capability is lowered, a carbon equivalent of 3.3 mass% or more is required. Therefore, the carbon equivalent was 3.30 to 3.90.

본 발명에 있어서, 주조 후의 열처리 온도는 280 내지 630℃로 하였다. 가열 냉각 처리에 의한 성능 개선은 가열 온도에 따라서 크게 변화된다. 이 열처리에 의한 효과를 도 1에 도시한다. 또한, 도 1은 Al, Sn을 첨가한 발명 재료의 경우를 도시하였지만, Al만을 첨가한 경우도 대략 동일한 경향을 나타냈다. 열처리 온도가 280℃ 미만에서는 그 효과는 작고, 630℃를 초과한 경우도 마찬가지로 효과는 작다.In the present invention, the heat treatment temperature after casting was set at 280 to 630 캜. The performance improvement by the heating and cooling treatment varies greatly depending on the heating temperature. The effect of this heat treatment is shown in Fig. 1 shows the case of the inventive material to which Al and Sn are added, but also the case where only Al is added shows substantially the same tendency. When the heat treatment temperature is less than 280 ° C, the effect is small, and when the heat treatment temperature is more than 630 ° C, the effect is small.

즉, 감쇠 성능의 개선율이 5％ 이상으로 되는 온도 범위, 280 내지 630℃로 가열 처리한 후에 냉각하는 것이 좋다. 또한, 효과가 20％ 이상으로 개선되는 온도 범위는 360 내지 580℃이다. 이들 온도 범위에서 높은 효과가 나타나지만, 가장 효과가 있는 것은 500℃로 가열하여 냉각한 경우이다. 냉각 방법은 노랭(爐冷), 공냉의 어느 쪽이라도 좋다. 또한, 열처리에 의해 감쇠 성능이 개선되는 이유는 불분명하다.That is, it is preferable to cool after heating treatment at 280 to 630 캜 in a temperature range in which the improvement rate of the damping performance is 5% or more. The temperature range in which the effect is improved to 20% or more is 360 to 580 占 폚. Higher effects are exhibited in these temperature ranges, but the most effective ones are those which are heated to 500 DEG C and cooled. The cooling method may be either furnace cooling or air cooling. The reason why the damping performance is improved by the heat treatment is unclear.

열처리하는 공정은 본 발명에 의한 주조품의 주조 후의 공정에 따라서 다르다. 예를 들어, 주조 후 주조 표면 그대로 사용되는 경우에는, 주조 후에 열처리한다. 또한, 예를 들어 주조 후에 기계 가공하여 소정의 치수로 마무리한 후 사용되는 경우, 기계 가공 후에 열처리하는 것이 가장 바람직하다. 단, 기계 가공 후에 열처리할 수 없는 이유가 있는 경우에는, 기계 가공 전에 열처리해도 좋다.The heat-treating step differs depending on the post-casting step of the casting according to the present invention. For example, if the casting surface is used as it is after casting, heat treatment is performed after casting. It is most preferable to heat-treat after machining, for example, after machining after casting and finishing with a predetermined dimension. However, if there is a reason that heat treatment can not be performed after machining, heat treatment may be performed before machining.

다음에, 본 발명의 구체적인 실시예에 대해 비교예와 함께 설명한다.Next, specific examples of the present invention will be described together with comparative examples.

(제1 실시예 내지 제8 실시예 및 제1 비교예 내지 제8 비교예)(Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 8)

우선, 고주파 용해로를 사용하여 주철의 조성을 조정하였다. 다음에, 흑연 도가니에 FC300으로 제작한 주철괴, 가탄재, 망간철, 탄화규소를 넣어 용해하고, 그 후 페로실리콘과 가탄재로 탄소량, 실리콘량을 조정하여, 용해량을 약 20㎏으로 하였다. 단, 얻어지는 주조품의 Al량은 페로 알루미늄, 주석량은 순주석을 첨가하여 조정하였다. 또한, 용해 온도는 약 1450℃로 하였다. 출탕 전에 Ca-Si-Ba계 접종제를 첨가한 후, φ30 × 300㎜의 푸란(furan) 자경성 주조형에 흘려 넣었다.First, the composition of the cast iron was adjusted using a high-frequency melting furnace. Next, a cast iron crucible made of FC300, a carbon material, manganese iron, and silicon carbide produced in a graphite crucible were melted and then the amount of carbon and the amount of silicon were adjusted by using ferrosilicon and a gaseous material, and the dissolved amount was adjusted to about 20 kg Respectively. However, the amount of Al in the obtained cast product was adjusted by adding ferro aluminum and the amount of tin by adding pure tin. The melting temperature was about 1450 캜. The Ca-Si-Ba based inoculant was added before the tapping, and then poured into a furan self-hardening mold of? 30 mm × 300 mm.

얻어진 주조품을 4 × 20 × 200㎜로 가공하여, 진동 감쇠능의 평가치로서 로그 감쇠율 및 동적 영률을 구하였다. 이때, 열처리하지 않는 것과의 비교를 행하였다. 즉, 제1 실시예 내지 제8 실시예에서는 Al 첨가 주철을 열처리하고, 제1 비교예 내지 제8 비교예에서는 Al 첨가 주철을 열처리하지 않았다. 시험 방법은 JISG0602에 준거하였다. 즉, 시험편을 2점 매달아 전자기 가진기로 1 × 10-4의 왜곡 진폭을 부여하고, 그 후 가진을 멈추고 자유 감쇠시켜, 로그 감쇠율과 동적 영률을 구하였다. 이와 같이 하여 얻어진 주조품의 특성을 하기 표 1에 나타낸다. 단, 로그 감쇠율은 진동의 왜곡 진폭이 1 × 10-4일 때의 값을 나타냈다. 또한, P, S는 표 1에 나타내지 않았지만, 모두 P ＜ 0.025, S ＜ 0.020이다. 또한, 실시예에는 동일 조성의 것이 있지만, 이들은 용해가 동일하고, 주조 시료가 다른 것을 의미한다.The obtained cast product was processed to 4 x 20 x 200 mm to obtain a logarithmic decrement rate and a dynamic Young's modulus as evaluation values of vibration damping ability. At this time, comparison was made with the case where no heat treatment was performed. That is, in the first to eighth embodiments, the Al-added cast iron was heat-treated, and in the first to eighth comparative examples, the Al-added cast iron was not heat-treated. The test method was in accordance with JIS G0602. That is, the test piece was suspended at two points to give a distortion amplitude of 1 × 10 -4 to the electromagnetic vibrator. Thereafter, the excitation was stopped and free attenuation was obtained to determine the logarithmic attenuation rate and the dynamic Young's modulus. The properties of the cast product thus obtained are shown in Table 1 below. However, the logarithmic decrement rate is a value when the amplitude of the vibration distortion is 1 x 10 -4 . P and S are not shown in Table 1, but P < 0.025 and S < 0.020, respectively. In addition, the examples have the same composition, but they mean that the melting is the same and the cast samples are different.

Figure 112013005845976-pat00001
Figure 112013005845976-pat00001

상기 표 1에 나타낸 데이터 중, 각 시료의 영률-로그 감쇠율의 관계를 나타낸 그래프를 도 2에 도시하였다. 영률과 로그 감쇠율을 동시에 평가한 경우, 도 2에서 비교하면 이해하기 쉽다. 각 시료의 영률과 로그 감쇠율의 값은 편차가 있지만, 평균적 값을 직선으로 나타냈다. 도 2에 있어서, 선 a는 제1 실시예 내지 제8 실시예의 데이터를, 선 b는 제1 비교예 내지 제8 비교예의 데이터를 나타낸다. 또한, 상기 데이터의 영률이 115 내지 130㎬의 범위에 있는 것은, 현용 주철인 FC250, FC300으로 진동 감쇠 성능을 중시한 경우의 영률이 약 120㎬를 나타내므로, 이들과의 비교를 하는 목적으로 그 범위의 데이터를 게재하였다.FIG. 2 is a graph showing the relationship among the Young's modulus-logarithmic decrement rate of each sample in the data shown in Table 1 above. When the Young's modulus and the logarithmic decrement rate are evaluated at the same time, it is easy to understand by comparison in FIG. The values of the Young 's modulus and the logarithmic decrement rate of each sample varied, but the average value was expressed by a straight line. In Fig. 2, line a shows data of the first to eighth embodiments, and line b shows data of the first to eighth comparative examples. The reason why the Young's modulus of the data is in the range of 115 to 130 것은 is that since the Young's modulus when the vibration damping performance is emphasized by the cast iron FC250 and FC300 is about 120 현, Range data.

도 2로부터 제1 비교예 내지 제8 비교예(열처리하지 않는 경우)의 영률-로그 감쇠 특성에 대해, 열처리를 실시한 본 발명은 약 40％의 성능 개선이 인정된다. 이 값은 현용 주철인 FC250, FC300의 특성(영률이 120㎬일 때의 로그 감쇠율은 약 100 × 10-4)과 비교하면 약 2.5 내지 3.0배 이상의 성능을 나타낸다.From FIG. 2, it can be seen that about 40% improvement in the Young's modulus-log attenuation characteristic of the first comparative example to the eighth comparative example (when no heat treatment is performed) in the present invention subjected to heat treatment is recognized. This value is about 2.5 to 3.0 times higher than that of the cast iron cast iron FC250 and FC300 (logarithmic decrement when the Young's modulus is 120 은 is about 100 × 10 -4 ).

(제9 실시예 내지 제16 실시예 및 제9 비교예 내지 제16 비교예)(Examples 9 to 16 and Comparative Examples 9 to 16)

상기 제1 실시예 내지 제8 실시예 및 제1 비교예 내지 제8 비교예와 동일한 조작에 의해, φ30 × 300㎜의 푸란 자경성 주조형에 흘려 넣었다.The resultant solution was poured into a furan hard casting mold having a diameter of 30 mm × 300 mm by the same operation as the first to eighth embodiments and the first to eighth comparative examples.

얻어진 주조품을 4 × 20 × 200㎜로 가공하여, 진동 감쇠능의 평가치로서 로그 감쇠율 및 동적 영률을 구하였다. 이때, 열처리하지 않는 것과의 비교를 행하였다. 즉, 제9 실시예 내지 제16 실시예에서는 Al, Sn 첨가 주철을 열처리하고, 제9 비교예 내지 제16 비교예에서는 Al, Sn 첨가 주철을 열처리하지 않았다. 시험 방법은 JISG0602에 준거하였다. 즉, 시험편을 2점 매달아 전자기 가진기로 1 × 10-4의 왜곡 진폭을 부여하고, 그 후 가진을 멈추고 자유 감쇠시켜, 로그 감쇠율과 동적 영률을 구하였다. 이와 같이 하여 얻어진 주조품의 특성을 하기 표 2에 나타낸다. 단, 로그 감쇠율은 진동의 왜곡 진폭이 1 × 10-4일 때의 값을 나타냈다. 또한, P, S는 표 2에 나타내지 않았지만, 모두 P ＜ 0.025, S ＜ 0.020이다. 또한, 실시예에는 동일 조성의 것이 있지만, 이들은 용해가 동일하고, 주조 시료가 다른 것을 의미한다.The obtained cast product was processed to 4 x 20 x 200 mm to obtain a logarithmic decrement rate and a dynamic Young's modulus as evaluation values of vibration damping ability. At this time, comparison was made with the case where no heat treatment was performed. That is, in the ninth through sixteenth embodiments, Al and Sn-added cast iron were heat-treated, and in the ninth through sixteenth comparative examples, Al and Sn-added cast iron were not heat-treated. The test method was in accordance with JIS G0602. That is, the test piece was suspended at two points to give a distortion amplitude of 1 × 10 -4 to the electromagnetic vibrator. Thereafter, the excitation was stopped and free attenuation was obtained to determine the logarithmic attenuation rate and the dynamic Young's modulus. The properties of the cast product thus obtained are shown in Table 2 below. However, the logarithmic decrement rate is a value when the amplitude of the vibration distortion is 1 x 10 -4 . P and S are not shown in Table 2, but P < 0.025 and S < 0.020, respectively. In addition, the examples have the same composition, but they mean that the melting is the same and the cast samples are different.

Figure 112013005845976-pat00002
Figure 112013005845976-pat00002

상기 표 2에 나타낸 데이터 중, 각 시료의 영률-로그 감쇠율의 관계를 나타낸 그래프를 도 3에 도시하였다. 영률과 로그 감쇠율을 동시에 평가한 경우, 도 3에서 비교하면 이해하기 쉽다. 각 시료의 영률과 로그 감쇠율의 값은 편차가 있지만, 평균적 값을 직선으로 나타냈다. 도 3에 있어서, 선 a는 제9 실시예 내지 제16 실시예의 데이터를, 선 b는 제8 비교예 내지 제16 비교예의 데이터를 나타낸다. 또한, 상기 데이터의 영률이 115 내지 130㎬의 범위에 있는 것은, 현용 주철인 FC250, FC300으로 진동 감쇠 성능을 중시한 경우의 영률이 약 120㎬를 나타내므로, 이들과의 비교를 하는 목적으로 그 범위의 데이터를 게재하였다.FIG. 3 is a graph showing the relationship among the Young's modulus-logarithmic decrement rate of each sample in the data shown in Table 2 above. When the Young's modulus and the logarithmic decrement rate are evaluated at the same time, it is easy to understand by comparison in FIG. The values of the Young 's modulus and the logarithmic decrement rate of each sample varied, but the average value was expressed by a straight line. In Fig. 3, line a represents the data of the ninth through sixteenth embodiments, and line b represents the data of the eighth comparative example to the sixteenth comparative example. The reason why the Young's modulus of the data is in the range of 115 to 130 것은 is that since the Young's modulus when the vibration damping performance is emphasized by the cast iron FC250 and FC300 is about 120 현, Range data.

도 3으로부터 제9 비교예 내지 제16 비교예(열처리하지 않는 경우)의 영률-로그 감쇠 특성에 대해, 열처리를 실시한 본 발명은 약 30％의 성능 개선이 인정된다. 이 값은 현용 주철인 FC250, FC300의 특성(영률이 120㎬일 때의 로그 감쇠율은 약 100 × 10-4)과 비교하면 약 3.5배의 성능을 나타낸다.From FIG. 3, it can be seen that about 30% improvement in the Young's modulus-log attenuation characteristic of the ninth comparative example to the sixteenth comparative example (when no heat treatment is performed) in the present invention subjected to heat treatment is recognized. This value is about 3.5 times as high as that of the cast iron cast iron FC250 and FC300 (logarithmic decrement when the Young's modulus is 120 ° C is about 100 × 10 -4 ).

또한, 본 발명은 상기 실시 형태 그대로 한정되는 것이 아니라, 실시 단계에서는 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 Al, Sn, C, Si, Mn, P, S 등의 조성을 적절하게 바꾸어 구체화할 수 있다. 또한, 상기 실시 형태에 개시되어 있는 복수의 조성의 적절한 조합에 의해 다양한 발명을 형성할 수 있다.
In addition, the present invention is not limited to the above-described embodiments, but can be embodied by appropriately changing compositions such as Al, Sn, C, Si, Mn, P and S within the scope of the present invention. Further, various inventions can be formed by appropriate combinations of the compositions disclosed in the above embodiments.

Claims (6)

삭제delete 삭제delete 삭제delete Al : 3 내지 7 질량％와, Mn : 0.25 내지 1.0 질량％와, P : 0.04 질량％ 이하와, S : 0.03 질량％ 이하와, 잔량부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어진 주철로, 주조 후 360 내지 580℃로 가열하고, 또한 냉각 처리하여 얻어지는 것을 특징으로 하는, 고강성 고감쇠능 주철의 제조방법., Cast iron of 3 to 7 mass% of Al, 0.25 to 1.0 mass% of Mn, 0.04 mass% or less of P, 0.03 mass% or less of S, balance Fe and inevitable impurities, Wherein the cast iron is heated at 580 캜 and further subjected to a cooling treatment. Al : 3 내지 7 질량％와, Mn : 0.25 내지 1.0 질량％와, P : 0.04 질량％ 이하와, S : 0.03 질량％ 이하와, Sn : 0.03 내지 0.20 질량％와, 잔량부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어진 주철로, 주조 후 360 내지 580℃로 가열하고, 또한 냉각 처리하여 얻어지는 것을 특징으로 하는, 고강성 고감쇠능 주철의 제조방법., The alloy contains 3 to 7 mass% of Al, 0.25 to 1.0 mass% of Mn, 0.04 mass% or less of P, 0.03 mass% or less of S, 0.03 to 0.20 mass% of Sn and the balance Fe and inevitable impurities And the cast iron is heated at 360 to 580 캜 after casting and further subjected to a cooling treatment. 하기 수학식 1에 나타내는 탄소당량이 3.30 내지 3.95로 되는 C 및 Si와, Al : 3 내지 7 질량％와, Mn : 0.25 내지 1.0 질량％와, P : 0.04 질량％ 이하와, S : 0.03 질량％ 이하와, Sn : 0.03 내지 0.20 질량％와, 잔량부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어진 주철로, 주조 후 360 내지 580℃로 가열하고, 또한 냉각 처리하여 얻어지는 것을 특징으로 하는, 고강성 고감쇠능 주철의 제조방법.
[수학식 1]
탄소당량(질량%) = C량 (질량%) + (1/3)*Si량(질량%) (1)
C and Si having a carbon equivalent of 3.30 to 3.95 represented by the following formula (1): 3 to 7% by mass of Al, 0.25 to 1.0% by mass of Mn, 0.04% By mass of Sn, 0.03 to 0.20% by mass of Sn, and a balance of Fe and inevitable impurities, characterized in that it is obtained by heating the cast iron at a temperature of 360 to 580 캜 after casting and further performing a cooling treatment. ≪ / RTI >
[Equation 1]
Carbon equivalent (mass%) = C amount (mass%) + (1/3) * Si amount (mass%) (1)
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